Historias de Aplicación

Berg Steel Pipe: La Soldadura de MultiAlambre Crea una Mayor Productividad y Calidad
 

Técnicas de Soldadura Producen Velocidades Más Rápidas de Desplazamiento y Mejoran las Propiedades Mecánicas

Innovative Welding SystemsComo proveedor clave para el Proyecto Gulfstream Pipe, Berg Steel Pipe Corporation de la ciudad de Panamá, Florida tiene el reto de producir una linea de tubería de mayor calidad, sin defectos y en los mejores niveles de productividad. Para ello la empresa cuenta con un número de sistemas de soldadura innovadores, que incluyen un sistema continuo de cordones, así como el diámetro interior (ID) y diámetro exterior (OD) estaciones de soldadura de tubos que utilizan técnicas de soldadura multiarco.

En comparación con los sistemas de soldadura por arco sumergido de dos hilos (SAW), Las técnicas de Berg han creado velocidades de desplazamiento tres veces mayor para soldadura ID y cuatro veces mayor para soldadura OD en tubos de grosor 0.820". Además, el total de aporte de calor se ha reducido un 25 por ciento mientras que las propiedades generales de soldadura han sido mejoradas para estos sistemas. En general, el empleo de soldadura multiarco ha permitido a Berg Steel producir tubos de 40 pies de largo en espesor de 0.820" a una velocidad de 14 tubos por hora.

Durante 2001, Berg fabricó para el Poyecto Gulfstream, una tubería para gas natural que se originó cerca de Pascagoula, Mississippi y cruzó el Golfo de México al Condado de Manatee, en Florida. Una vez en tierra, el gaseoducto se extiende por todo el sur y centro de Florida al Condado de Palm Beach, este gaseoducto servirá para los servicios públicos de Florida y las instalaciones de generación de energía, generando 1.1 billones de pies cúbicos por día de gas natural - suficiente para suministrar electricidad a 4,5 millones de viviendas.

Para la primera fase de este proyecto, la parte de offshore, Berg Steel Pipe junto con la compañía Europipe GmbH en Alemania, suministró 443 millas de tubo en sólo seis meses. En la Segunda fase, Berg produjo 292 millas más para la tubería de tierra.

Onshore Pipeline Manufacturing

Una plancha de 40 pies de longitud se cargó en la fresadora para la preparación de los bordes.

Transformación
Berg Pipe de transformación han sido suministrados por The Lincoln Electric Company y la subsidiaria alemana, Uhrhan & Schwill. Estos sistemas ayudan a Berg a lograr niveles elevados de producción. También hace a la compañía difícil de igualar en tecnología e innovación.

"Esta tecnología nos ha permitido transformar unas instalaciones construidas en 1980 para producir 5.000 Tn de tubos por mes a unas instalaciones que producen más de 40.000 Tn por mes durante el Proyecto Gulfstream," dijo John Burton, Gerente General de Producción de Berg Steel Pipe Corporation. "Teníamos que añadir los procesos multiarco porque no teníamos suficiente espacio para añadir más estaciones de soldadura. Tenemos que hacer uso de la tecnología del mercado para ser la planta más eficiente con el espacio disponible."

Berg es capaz de atender a clientes que van desde empresas de transmisión de gas y aceite a distribuidores de tubos. La empresa de 275 empleados también fabrica pilotes estructurales y está incluso capacitada para producir tubería con las especificaciones del Ártico con requerimientos Charpy a -50º F. Berg Steel Pipe Corporation puede suministrar a esta amplia gama de clientes debido a la flexibilidad de sus tres rodillos de doblado en el proceso de forma, el cual ofrece una ventaja única para hacer cambios rápidos, por lo que la compañía puede aceptar proyectos pequeños y grandes.
No sólo varía el tamaño del proyecto, ocurre lo mismo con el tipo de tubo producido. Berg puede fabricar en diámetros que van desde 24" a 64" y espesores desde 0.250" a 1.500", grados que pueden ser manejados en las instalaciones de Berg son API Grado B a X80.

Para efectos de este artículo, vamos a ver el tubo producido por el Proyecto Gulfstream en particular, y la productividad y eficiencia lograda durante la soldadura de la tubería ya que procedieron a través de tubos Berg. La mayoría de la línea de tubo de offshore era de diám. 36" , espesor 0.820" (20.8 mm) API 5L Grado X70 producido en longitud de 40-pies nominales. 

Preparación de Placas
Antes de soldar, Berg hace los planos de las placas a la anchura requerida y los bordes para la soldadura del cordón longitudinal. Esta operación de biselado prepara los bordes de la chapa con un diseño de unión de ranura doble en V para los trabajos siguientes de soldadura. Después de la preparación del borde la chapa, la chapa es formada en un rollo tubular por una máquina dobladora de tres rodillos (rodillo piramidal). La forma tubular final es completada posteriormente por el redondeo de los bordes longitudinales de la placa entre amortiguador hidráulico superior y un rollo de reloj de arena.

Una vez que la placa se ha formado en la forma tubular correcta, la soldadura longitudinal se completa en tres pasadas, empezando con un punto de soldadura continua. Para el Proyecto Gulfstream, el procedimiento de soldadura longitudinal fue calificado por la Sección IX ASME y los estándares internos de Berg.

Longitudinal Seam Welding

La hoja de 40 pies es transformada en un tubo por Berg's Tri-Roll Bender.

Soldadura por Puntos
El sistema de la soldadura por puntos está diseñado para asegurar los bordes en la alineación adecuada para la soldadura y proporcionar un respaldo continuo para la posterior soldadura por arco sumergido en el interior. Este proceso se completa en Berg Steel Pipe utilizando un sistema de soldadura comprado hace dos años para solucionar un cuello de botella que tenía la compañía en esta etapa de fabricación.

En 1999, Berg tenía sólo una fuente de corriente DC 1500. Por cada cambio de diámetro en el tubo, el sistema necesitaría 45 minutos para cambiar la caja que coloca los bordes de la chapa para la soldadura. Para eliminar esto, Berg volvió a la experiencia de Lincoln Electric Company. A causa de una relación con Lincoln de 21 años, Berg confía en la empresa de soluciones innovadoras para desafíos en soldadura y maneras de proporcionar mayor productividad en sus operaciones de soldadura. A sugerencia de Lincoln, Berg instaló un sistema continuo de soldadura por puntos utilizando dos DC100 y un NA-5. Los nuevos cilindros hidráulicos tienen soldadura por puntos controlada (CNC), que automáticamente se vuelve a colocar cuando cambia el diámetro del tubo. El sistema ha reducido el tiempo de cambio en unos cinco minutos aproximadamente. Este nuevo sistema ha eliminado también los problemas que tenía Berg Pipe con el cierre del bisel para la soldadura de tubos con el sistema anterior.

Longitudinal Seam Welding

El tubo es soldado por puntos y guiado por láser en la estación de soldadura.

Estas dos CD 1000 crean una costura continua usando un proceso de arco abierto (GMAW) a una velocidad elevada de 260 pulgadas por minuto. Conocido comúnmente como"arco enmascarado", este proceso es conocido por su bajo voltaje, longitud de arco corta, y velocidad de desplazamiento muy elevada que permite una penetración profunda con un aporte de calor reducido.

Tack WeldingDurante la soldadura por puntos, los rodillos hidráulicos mantienen unida la junta del tubo. Un sistema de guias láser de Uhrhan & Schwill es utilizado para guiar el arco en la ranura y mantener la alineación radial de los bordes de la chapa. Debido a que esta guia láser no estaba en el sistema antiguo de soldadura por puntos, se elimina el tiempo que precisaba el operario para parar y ajustar estos elementos manualmente.

Mientras que algunos competidores utilizan soldadura por puntos intermitentes, Berg Steel Pipe Corporation considera que hay beneficios con una técnica de cordón continuo para cerrar el tubo. "Puntos de soldadura intermitentes requieren el uso de un flux o de un soporte cerámico durante la soldadura con arco sumergido, mientras que el nuestro no lo necesita," indicó Fred Hafner, PE, Chief Metallurgist/QA Manager de Berg Steel Pipe Corporation. "Esto significa que logramos mayor productividad ya que el apoyo proporcionado para la unión continua permite unas velocidades de avance rápidas y penetración profunda en soldadura ID."

Utilizando un proceso de arco enmascarado para la eliminación de las proyecciones típicas de la transferencia globular porque el arco está"enmascarado" en el charco de soldadura. Este proceso también requiere gas de protección CO2, eliminando la necesidad del gas Argón más caro.

Para la soldadura por puntos del espesor de tubo de 0.820," Berg Steel Pipe Corporation utiliza Lincoln hilo L-50™ diámetro 5/32" a 1,500 amps."


Tacking Process on PipeDesde la instalación del nuevo sistema, Berg ha estado extremadamente satisfecho con los resultados. "Nuestro sistema de puntos es muy fiable y ayudó a aliviar el problema de la interrupción del arco," dijo Burton. "También utilizamos el uso de controles CNC lo cuales pueden almacenar datos de un espesor de pared en particular por lo que podemos efectuar cambios rápidos con sólo llamar a la información almacenada previamente."

Diámetro Interno de Soldadura
Una vez completado el proceso de puntos, se añaden lengüetas de soldadura a las áreas del cordón y en ambos extremos de la tubería con el proceso manual GMAW. Esto permite que los sistemas ID y OD inicien y finalicen la soldadura en las lengüetas, más que en el mismo tubo. De esta manera, la gran cantidad de metal de soldadura creado al inicio de este proceso multiarco no afectará a la soldadura del tubo ni al área cóncava izquierda del final de la soldadura. Esta lengüeta será eliminada después de la soldadura de manera que lo que queda en el tubo es la mejor soldadura y no el metal no deseado desde el inicio hasta el final de la soldadura.

Berg tiene tres sistemas de soldadura de cuatro hilos que utilizan fuentes de corriente Lincoln AC 1200 con controladores NA-4. Este proceso SAW funciona hasta 1.000 amps, y es capaz de producir un cordón de gran tamaño en una pasada. A pesar de que es una fuente de corriente por arco, los cuatro hilos están alineados en línea y se alimentan de un solo charco. Dado que en una soldadura multiarco un arco puede ser desviado por los otros, es necesario asegurar que tales desviaciones sean favorables al perfil de la soldadura. En Berg, la soldadura ID por arco sumergido es llevada a cabo con fuentes de corriente AC constantes dispuestas de tal manera que la potencia de entrada AC es sucesivamente 90 grados fuera de fase.

Durante la soldadura en el interior, el tubo se mueve hacia adelante mientras que todo el equipo de soldadura es fijado y montado en un brazo que permite desplazarse a través de la longitud de la tubería de 40 pies. Los arcos están sumergidos bajo el fundente granulado.


Four Wire Process on ID WeldPara la soldadura ID, una rueda guia en forma de V en la ranura del cordón de soldadura para asegurar la alineación del cabezal de soldadura en la ranura de la soldadura. La soldadura ID penetra en un punto de soldadura establecido previamente que ahora sirve como apoyo en esta etapa de la soldadura.

El proceso de cuatro hilos en la soldadura ID crea velocidades de desplazamiento más rápidas - hasta 68 ipm en la tubería Gulfstream - y mejora las propiedades mecánicas de la soldadura porque el arco envia menos aporte de calor.

Dependiendo de las especificaciones del cliente, se utilizan diferentes tipos de hilo en esta estación. Para el Proyecto Gulfstream, 1/8" Lincoln L-61 con flux 761 son los consumibles escogidos. Este fundente especial 761 es una adaptación especial del fundente 761 estándar de Lincoln con partículas de diferentes tamaños para crear una mejor fluidez, forma de cordón y tie-in para rellenar la ranura de la soldadura en el interior del tubo.

Diámetro Exterior
En el último paso del proceso de soldadura, Berg utiliza dos, estaciones de cinco hilo SAW para crear soldaduras OD que penetran en el ID y consumen completamente la soldadura por puntos.

Finished Welded Pipe

El tubo terminado es cargado en la barcaza para su transporte.

Hay tres ventajas principales para usar el proceso de cinco hilos: 1) velocidades de soldadura más elevadas el proceso es cuatro veces más rápido que el estándar, proceso de dos hilos; 2) reduce aporte de calor, el cual reduce engrosamiento de los granos en la zona afectada por el calor y 3) impurezas tales como la escoria o laporosidad tiene tiempo para salir antes de la solidificación debido al gran baño de soldadura.

Los sistemas OD de Berg utilizan un cable conductor CC para asegurar una completa penetración mientras los arcos son AC para el relleno y la velocidad de desplazamiento. En una celda de soldadura, Berg utiliza dos DC-1000 de Lincoln en paralelo con controles NA-3. En otra celda de soldadura, utiliza dos DC-1500 de Lincoln con controles NA-3 similares. En todos los casos, el cable AC de salida es producido con unidades AC-1200 de Lincoln y controles NA-4.

El seguimiento de las juntas láser en el OD asegura que la soldadura se coloca correctamente en la ranura. Dado que el arco está hundido bajo una cantidad de flux y la alineación no se puede ver, este equipo facilita el posicionamiento del cabezal de soldadura.

Para el espesor 0.820" (20.83 mm) de la tubería de Gulfstream, el cable CC 3/16" trabaja a 1,550 amps con una velocidad de soldadura de 90 ipm. Los consumibles de soldadura fueron una combinación de los hilos L-61 y L-70 y el flux 995. (Se utilizan los hilos L-70 cuando se requieren mayores impactos Charpy - la adición de 0.5 por ciento Mo en el L-70 resulta un mayor contenido de ferrita en la soldadura, y esto mejora la energía de impacto Charpy)

Un tubo más delgado de 14.3 mm (0.56”), utiliza un proceso de cuatro hilos mientras que los cinco hilos se utilizan para espesores superiores.

Algunos requisitos de clientes indican cambio de hilo o fundente, Berg Steel Pipe Corporation pidió a Lincoln Electric ayuda para efectuar pruebas en la central de Cleveland donde se encuentra una estación de cinco hilos para este propósito. De esta manera, no era necesario gastar tiempo en las máquinas de Berg para el desarrollo de este producto.

Finalizando
Después de soldar, las lengüetas de la soldadura se retiran manualmente por operarios utilizando corte oxiacetilénico. La escoria es retirada de la soldadura longitudinal, típicamente con un cepillo metálico.

Berg Pipe Corporation con los tamaños de los extremos del tubo entre los rodillos del reloj de arena asegura la uniformidad del diámetro y la redondez esencial para las construcciones de campo. Luego, la empresa simultáneamente bisela los extremos del tubo para la soldadura del contorno. Se colocan unas etiquetas y códigos de barras en cada tubo para su indentificación antes del envío por barcaza o ferrocarril a Gulfstream.

Inspección
La fabricación de una tubería sin defectos es importante para altas presiones, las aplicaciones de gas natural, y están sujetas a muchas pruebas no destructivas. Los ensayos en Berg Steel Pipe incluyen inspección ultrasónica automatizada de la junta de la soldadura y radiografía de la junta próxima al extremo del tubo. Para API 5L, los tubos Grado X70 son testados hidrostáticamente con un mínimo de duración de diez segundos a una presión equivalente al menos al 90 por ciento del límite elástico especificado. Durante el Proyecto de Gulfstream,los tubos fueron probados a altas presiones - por un mínimo de 20 segundos a una presión equivalente al total del 100 por cien del límite elástico especificado. Además, la inspección dimensional y las inspecciones visuales internas y externas son completadas en cada longitud del tubo.

Según Burton, soldar el tubo correctamente la primera vez es fundamental para lograr altas tasas de producción. "En nuestra planta de tubos, un tubo que necesita reproceso tiene que desplazar a un nuevo tubo en el proceso de producción," dijo Burton. "Eliminar o levantar una nueva tubería de producción para corregir un problema puede ser muy costoso."

Servicio
"Estamos absolutamente satisfechos con Lincoln Electric y el alto nivel de servicio que recibimos por parte de nuestro representante local, Troy Gurkin," indicó Hafner. "Siempre está disponible si tenemos algún problema y podemos hacer referencia a especialistas en soldadura de tubería en la sede de Lincoln. Otra ventaja de Lincoln es que mantiene un stock de seguridad de consumibles en Atlanta. Esto significa que siempre tenemos una amplia oferta cercana."

Hydrostatically Pressure Tested Pipe

Cada tubo terminado es probado con presión hidrostática para asegurar la integridad de la soldadura.

Los planes de Berg Steel Pipe es continuar durante mucho tiempo las relaciones con Lincoln. ""Lincoln estará involucrado directamente en todas las fases, a medida que la compañía vaya creciendo y se mueva en nuevas áreas,"" indicó Burton. En la actualidad, la compañía está buscando desarrollar el procedimiento de soldadura de juntas y controles de procesos para tubo Grado X80. Berg reconoce que el proceso Surface Tension Transfer® (or STT®) tendrá ventajas para la soldadura en campo de este grado y ayudará a popularizar este grado para nuevas tuberías.

"Berg es una de las compañías más progresistas con las que he trabajado", indicó Troy Gurkin, representante de ventas de Lincoln Electric. "Esta compañía siempre está buscando evaluar nuevos productos que pueden ayudar a incrementar eficiencia."

Varios empleados de Berg han asistido a seminarios de mantenimiento preventivo que se presentan en la oficina local de Lincoln en Birmingham.

Futuro
"En el futuro esperamos que los sistemas SAW sean reemplazados con sistemas de soldadura inverter controlados por software que permitirán completar la manipulación de la forma de onda y la fase electrónica." "Entonces seremos capaces de cambiar la forma de onda de cada hilo," dijo Hafner. "Tales sistemas proporcionarán mejor control de la penetración y deflexión del arco con una mayor productividad."

Multiple Wire Submerged Arc Welding in Pipe

Soldadura arco sumergido multiarco del interior de un tubo.

Escrito Original 1/31/2002